Регулируемый преобразователь

Регулируемый преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования выпрямленного напряжения двенадцатипульсных преобразователей на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и городского электрического транспорта, где важно обеспечить стабильное напряжение в заданных пределах .Цель изобретения - повышение КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения. Цель достигается за счет последовательного соединения двух шестипульсных преобразователей с подключением одного из них к вентильной обмотке, состоящей из основной секции, соединенной в треугольник, и частей регулировочной секции, соединенных с основной и между собой по схеме, обеспечивающей угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки в пределах от о до δ. Представлены три конкретных исполнения этой схемы, где угол δ незначителен. Для тех диапазонов регулирования, которые требуются для тяговых подстанций, угол δ составляет 5-6 эл.град, что не влияет на достижение цели. Плавно изменяя углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенного к вентильной обмотке 5, и вентилей 41-46 второго выпрямителя 3, подключенного к обмотке 6, получают необходимый диапазон регулирования. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

<19>ЯО.. (sg 4 Н 02 М 7/19

А1 - - 663@g СИЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М Д ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

125, рис. 1. л в

4 - аУ1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4285914/24-07 (2?) 27.07.87 (46) 30.09.89. Бюл. Р 36 (71) Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта и Производственное объединение "Уралэлектротяжмаш" им.В.И.Ленина (?2) Е.И. Беркович, A.В. Ефимов, А.С, Низов, Л;И. Пестряева, В.П.Светоносов, P.И.. Урманов, Я.Л. Фишлер и А.И. 11!тин (53) 621.314.632(088.8) (56) Соколов С.Д. и др. Полупроводниковые преобразовательные агрегаты тяговых подстанций. N.: Транспорт, 1979, с. 2!7.

Соколов С.Д. и др. Экспериментальные исследования выпрямительно-инверторного агрегата с регулированием выпрямленного напряжения. — В кн,:

Повышение надежности и эффективности системы тягового электроснабжения/Под ред. С.Д. Соколова. Труды ВНИИЖта, вып. 618, N. Транспорт, 1979, с. 1212 (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования выпрямленного напряжения двенадцатипульсных преобразователей на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и городского электрического транспорта, где важно обеспечить стабильное напряжение в заданных пределах. Цель изобретения — повышение КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения. Цель достигается за счет последовательного соединения двух шестипульсных преобразователей с подключением одного из них к вентнль-ной обмотке, состоящей из основной секции, соединенной в треугольник, и частей регулировочной секции, соединенных с основной и между собой по схеме, обеспечивающей угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными

3 l51 напряжениями основной и регулировочной секций этой я<е Benòèïû<ой обмотки в преде><ах от 0 до(> .Представлены три конкретных исполнения этой схемы, где угол 3 незначителен.

Для тех диапазонов регулирования, которые требуются для тяговых подстанций, угол <> составляет 5-6 эл. град, что не влияет на достижение цели.

l832 4

Плавно изменяя углы регулирования дополнительнь(х управляемых вентилей 3540 первого шес(.ипульсного мостового выпрямителя 2, подключенного к вентильной обмотке 5, и вентилей 41 46 второго выпрямителя 3, подключенного к обмотке б, получают необходимый диапазон регулирования. 3 з.п. ф-лы, 10

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования выпрямленного напряжения двенадцатипульсных пре- 20 образонателей на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и городского электрического транспорта, где требуется обеспечить стабильное напряжение н заданных пределах.

Цель изобретения — повышение КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения.

На фиг. 1 представлена принципи- 30 альпая схема преобразователя при соединении частей регулировочной секции в треугольник и зигзаг; на фиг. 2 и

3 — варианты соединения второй вентнльной обмотки9 на фиг. 4 вектор 35 ная диаграмма соединения регулировочцой секции вентильной обмотки в зигзаг, обеспечивающего совпадение по фазе линейных напряжений основной секции нентильной обмотки и одноимен- 40 ных суммарных линейных напряжений основной и обеих частей регулировочной секций; на фиг. 5 — векторная диаграмма, определяющая9 что угол мея<ду одноименными линейными напряжениями первой вентильной обмотки, основная секция которой соединена н звезду, и второй нентильной обмотки, основная секция которой соединена н треугольник, равен 30 эл. град.; на фиг. 6 50 и 7 — векторые диаграммы напряжений основной и регулироночной секций для вариантов соединений второй вентильной обмотки по фиг. 2 и 3 соответственно.

S5

Угол 1> -угол сдвига векторов ли-. нейных напряжений основной секции (а b с ) и одноименных суммарных

Д 9 (((, линейных напряжений основной и регулировочной секций (а1, Ь, с и а (b, с j, для соединения второй вентильной обмотки по фиг. 2 равен

w(, - 3 о = агсзin

2 где w w — числа витков соответст(А * венно основной и регулироночной секций.

Для соединения второй вентильной обмотки по фиг. 3 угол 3 равен

<> = arcsin (2)

w>(, 43

2 (w>+w> ) -3w>w>

Из выражений (1) и (2) очевидно, что угол 6 незначителен и для тех диапазонов регулирования, которые требуются для тяговых подстанций, составляет 5 и 6 эл. град. соответственно для соединений по фиг. 2 и 3, что практически не влияет на достижение постанленной цели.

Чистый двенадцатипульсный режим работы регулируемого преобразователя при соединении второй вентильной обмотки трехфазного трансформатора по фиг. 2 наблюдается только при равенстве 120 эл.. град. углов регулирования обоих шестинульсных мостовых выпрямителей, т,е. М > = kg = 120 эл. град. Для соединения по фиг. 3 чистый двенадцатипульсный режим работы при ь „= „ = 0 эл. град.

w(— число витков основной секции первой вентильной обмотки; w — чис- ло витков регулировочной секции первой вентильной обмотки.

Регулируемый преобразователь по фиг. 1 содержит трехфазный трансформатор 1 и два последовательно включенных шестипульсных мостовых выпрямителя 2 и 3. Трехфазный трансформатор 1 имеет одну сетевую обмотку 4 и две вентильные обмотки 5 и 6, одна

832 6 тиля плеча анодной группы, т.е. вентили 26 и 38 подключены к вентилю )4, вентили 27 и 39 — к вентилю 15, вентили 28 и 40 — к вентилю !6, вентили 32 и 44 — к вентилю 20, вентили 33 и 45 — к вентилю 21, вентили 34 и

46 — к вентилю 22. Лноды основных неуправляемых вентилей каждой анодной группы соединены между собой, т.е. вентили 14-16 и 20-22. Общие точки обмоток основной и регулировочной секций 7 и 8 фаз а, Ь, с первой вентильной обмотки 5 подсоединены к общим точкам анода и катода дополни— тельных неуправляемых вентилей 23 и

26, 24 и 27, 25 и 28 соответственно.

Свободные точки обмоток регулировочной секции 8 фаз а, Ь, с подсоединены к общим точкам анода и катода дополнительных управляемых вентилей 35 и 38, 36 и 39, 37 и 40 соответственно. Общие точки обмоток основной секции 9 и первой части 10.1 регулировочной секции фаз а, b, с соединены с общими точками анода и катода дополнительных неуправляемых вентилей 29 и 32, 30 и 33, 31 и 34 соответственно.

Свободные точки обмоток второй части 10.2 регулировочной секции фаз а, Ь, с подсоединены к общим точ- кам анода и катода дополнительных управляемых вентилей 43 и 46, 41 и 44, 42 и 45 соответственно.

Основные неуправляемые, дополнительные неуправляемые и управляемые вентили представляют собой групповые вентили.

Число витков основной секции 9 и каждой из частей 10.1 и 10.2 регулировочной секции определено выражениями:

w = ГЗч < = w = — — ч

А ) А 4 )3

При соединении обмотки 6 в соответствии с фиг. 2 число витков секции 10 определяется выражением

2 — (3) I

При соединении обмотки 6 в соот— ветствии с фиг. 3 число витков сек55 ции 9 определяется выражением

2 а число витков секции 10 — выражением

5 )5) из которых соединена в звезду, а другая — в треугольник. Каждая фаза вентильных обмоток 5 и 6 состоит из основных и регулировочных секций 7-10.

Обмотки фаз а, b, с регулировочной (5 секции 8 первой вентильной обмотки 5 соединены последовательно и согласно с обмотками одноименных фаз а, b с основной секции 7. Регулировочйая

10 секция 10 второй вентильной обмотки 6 состоит из первой и второй одинаковых частей 10 ° 1 и 10.2, Обмотки

1 I фаз а, Ъ4, с4 первой части 10.1 регулировочной секции подключены последовательно и согласно с обмотками одноименных фаз а» b>, с < основной секции 9, соединенной в треугольник, а

Il Н II обмотки фаз а4, b4, с второй части

10.2 регулировочной секции соединены с обмотками фаз первой части регулировочной секции 10.1 зигзагом, т.е. начало обмотки фазы а 4 соединено с на(П чалом обмотки фазы Ъ начало обмотI 4 ки фазы b4 соединено с началом обмот3 ки фазы с, начало обмотки фазы с

А

И А с началом обмотки фазы а

Шестипульс rrre мостовые выпрямители 2 и 3 содержат в каждом плече основной неуправляемый (вентили 11-22) и два дополнительных вентиля, один из которых — неуправляемый (вентили 23

34), а другой — управляемый (вентили 35-46).

В каждом плече катодных групп щестипульсных мостовых выпрямителей 2 и

3 дополнительные вентили соединены между собой катодами, т.е. вентили 23 и 35, 24 и 36, 25 и 37, 29 и

41, 30 и 42, 31 и 43, общая точкакатодов подключена к аноду основного неуправляемого вентиля плеча катодной группы, т.е. вентили 23 и 35 подключены к вентилю 11, вентили 24 и 36— к вентилю !2, вентили 25 и 37 — к вентилю )3, вентили 29 и 41 — к вентилю 17, вентили 30 и 42 — к вентилю 18, вентили 31 и 43 — к вентилю 19, Катоды основных неуправляемых вентилей каждой катодной группы соединены между собой, т.е. вентили 11-13 и

17-19.

В каждом плече анодных групп щестипульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 дополнительные вентили соединены анодами, т.е. вентили 26 и 38, 27 и

39, 28 и 40, 32 и 44, 33 и 45, 34 и

46, общая точка анодов подключена к катоду основного неуправляемого вен1511832

Г

Я(ъ +ъг -1(тт - г Зъг +ъг,)

Регулируемый преобразователь работает следующим образом. 5

Допустим, что в начальный момент времени ток проводят вентили 22, 34, 30; 18, 16, 28, 23, 11, т.е. угол регулированпя дополнительных управляемых вентилей обоих шестипульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 равен М <1= Ж 1= — 120 эл. град. В этом случае выпрямлепное напряжение определяется только напряжениями основных секций 7 и 9 вентильных обмоток 5 и 6 и составляет

Уе1 = 1,35 (О + 02), (6) где Пе1 — выпРЯмленное напРЯжение пРи

I а = d „= 120 эл. град.;

U — линейное напряжение основа« ной секции 7, соединенной в звезду;

U „ — линейное напряжение основной секции 9, соединенной

25 в треугольник.

Если уменьшать углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенных к первой вентильной обмотке 5, и допол-30 пительпых управляемых вентилей 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, гтодключенных к второй вептильной обмотке 6, то выпрямленное напряжение начинает возрастать и при 35 полностью открытых дополнительных управляемых вентилях 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и дополнительных управляемых вентилях 41-46 второго шестипульсного мос- 40 тового выпрямителя 3(d = of = 0 эл. град.) достигает величины

U<1, = 35 (U + U2«g,+ 4%211 +3U ) ° (7) где U — выпрямленное напряжение при

<1

2 е г< = с ° = 0 эл.град.; 45

< — напряжение регулировочной

2<1 секции 8;

< напряжение одной части регулировочной .секции 10 второй вентильной обмотки. 50

Таким образом„плавно изменяя уг:.Ы рЕГуЛИрОВаНИя<ъ „И Е2 дОПОЛНИтЕЛЬных управляемых вентилей первого шес- типульсного мостового выпрямителя 2, подключенного к первой вентильной обмотке 5, и второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенного к второй вентильной обмотке 6, получаем, чro выпрямлен1гое напряжение изменяется от Ug = U< n Ug = U °

1 О <<<<1< 2 Маке

Диапазон регулирования регулируемого преобразователя равен а1 + ал а (8)

2 где а — диапазон регулирования пер3 вого шестипульсного мостового выпрямителя; а — диапазон регулирования втоА рого шестипульсного мостового выпрямителя.

Диапазон регулирования первого шестипульсного мостового выпрямителя определяется выражением — ъг,1 iv . (9)

Диапазон регулирования второго шестипульсного мостового выпрямителя авен

ah = Зъг,/ъг (10)

При соединении второй вентильной обмотки 6 по фиг. 2 регулируемый пре-, образователь работает следующим образом °

Допустим, что в начальный момент времени ток проводят вентили 22, 34, 30, 18, 16, 28, 23, 11, т ° е. угол регулирования дополнительных управляемых вентилей обоих шестипульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 равен М

o<. = 120 эл. град. В этом случае выпрямленное напряжение определяется только напряжениями основных секций 7 и 9 вентильных обмоток 5 и 6 и составляет и,1, = 1,35(и,„„+и2„„).

Если уменьшать углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенных к первой вентильной обмотке 5, и дополнительных управляемых вентилей 41—

46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенных к второй вентильной обмотке 6, то выпрямленное напряжение начинает возрастать и при полностью открытых дополнительных управляемых вентилях 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и дополнительных управляемых вентилях 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3 (ol.> =o< .p =

0 эл. град.) достигает величины

<<< = <,35(<< „< )3<< „+Д „+

l 5 I 1832

10 нием

Wg+ W* а

15 ляет

Таким образом, плавно изменяя углы регулирования и дополнитель 1 ных управляемых вентилей первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, получаем, что выпрямленное напряжение изменяется от

= Ud до Ud =. Ud

Диапазон регулирования регулируемого преобразователя определяется выражением (8), диапазон регулирования первого шестипульсного мостового выпрямителя — выражением (9), а диапазон регулирования второго шестипульсного мостового выпрямителя — выражением

При соединении второй вентильной 20 обмотки 6 по фиг. 3 регулируемый преобразователь работает следующим образом.

Допустим, что в начальный момент времени ток проводят вентили 22, 34, 30, 18, 16, 28, 23, 11, т,е. угол регулирования дополнительных управляемых вентилей обоих шестипульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 равен м у

= М.д = 120 эл.град. В этом случае ЗР выпрямленное напряжение определяется только напряжениями основных секций 7 и 9 вентильных обмоток 5 и 6 и составIj = 1,35 !U +

2 !Ilij А

311,„П ).

Если уменьшать углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мос- 40 тового выпрямителя 2, подключенных к первой вентильной обмотке 5, и дополнительных управляемых вентилей 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенных к второй 45 вентильной обмотке 6, то выпрямленное напряжение начинает возрастать и при полностью открытых дополнительных управляемых вентилях 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и дополнительных управляемых вентилях 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя(2 у = ф,д = 0 эл. град.) достигает величины

111 1 35(цгиу + 11гу + оа д+ магд ) 55

2. 1

Таким образом, плавно изменяя углы регулирования с у и Ыд дополнительных управляемых вентилей первого шестииульсного мостового выпрямителя 2 и второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, получаем, что выпрямленное напряжение изменяется от И 1

П до Ц = 1.1,1 1 мии 1 2 <мОас

Диапазон регулирования регулируемого преобразователя определяется выражением (8), диапазон регулирования первого шестипульсного мостового выпрямителя — выражением (9), а диапазон регулирования второго шестипульсного мостового выпрямителя — выражеПри работе регулируемого преобразователя в чистом двенадцатипульсном режиме в заданном диапазоне регулирования его КПД на 0,57, а коэффициент мощности — на 3,07. вьппе по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

I, Регулируемый преобразователь, содержащий трехфазный трансформатор с сетевой обмоткой, первой вентильной обмоткой, соединенной в звезду, каждая фаза первой вентильной обмотки состоит из основной, с числом витков w, и регулировочной, с числом

I витков w, секций, соединенных последовательно и согласно, первый шестипульсныи мостовой выпрямитель, в каждом плече которого имеются основной неуправляемый вентиль и два до- . полнительных вентиля, один из которых неуправляемый, а другой — управляемый, в каждом плече катодной группы шестипульсного мостового выпрямителя дополнительные вентили соединены между собой катодами, общая точка катодов подключена к аноду основного неуправляемого вентиля плеча катодной группы, а катоды основных неуправляемых вентилей катодной группы соединены между собой, в каждом плече анодной группы дополнительные вентили соединены анодами, общая точка анодов подключена к катоду основного неуправляемого вентиля плеча анодной группы, а аноды основных неуправляеMIx вентилей анодной группы соединены между собой, общая точка обмоток основной и регулировочной секций каждой фазы подсоединена к общей точке анода и катода дополнительных неуп1511832

l2 равляемых вентилей разных плеч одноименной фазы, свободный вывод обмотки регулировочной секции каждой фазы подсоединен к общей точке анода и катода дополнительных управляемых

5 I вентилей разных плеч одноименной фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения, первый шестипульсный мостовой выпрямитель включен последовательно с дополнительно введенным, идентичным ему, вторым шестипульсным мостовым выпрямителем, введена вторая дополнительная вентильная обмотка, состоящая из основной секции, соединенной в треугольник, и и частей регулировочной секции, которые соеди- 2О непы с основной секцией и между собой по схеме, обеспечивающей угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вептильной обмотки в пределах от О до о, где

А при этом угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки равен

+5 (v»kv»)— а =а ааааап — — — аО 3(ъ +w )4w>

1 при этом подключение общих точек об- моток основной и регулировочпой сек-, ций и свободных выводов обмоток регулировочных секций производится так же, как в первом шестипульсном мостовом выпрямителе.

2. Преобразователь по п ° 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что регулировочная секция состоит из двух частей, основная секция соединена в треугольник в прямои последовательности чередования фаз, каждая обмотка первой части регулировочной секции соединена с обмотками второй части регулировочной секции соединена с обмотками

45 второй части регулировочной секции зигзагом в прямой последовательности чередования фаз, число витков основной секции второй вентильной обмотки в -Г3 раз больше числа витков основ-, 50 ной секции первой вентильной обмотки, а число витков каждой части регулировочной секции второй вентильной обмотки в 13 раз меньше числа витков ,.регулировочной секции первой вентиль- 55 ной обмотки, при этом угол сдвига между линейными напряжениями основИой секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки равен нулю.

3. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что регулировочная секция второй вентильной обмотки состоит из одной части, число витков основной секции второй вентильной обмотки в 3 раз больше числа витков основной секции первой вентильной обмотки, а число витков регулировочной секции второй вентильной обмотки определено выражением при этом угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки авен ( у . 4(vg+vy) -wa.-лЛ

U = 8 ГС S 111 --- а — т-- — г --а —— 1

4(ч + < ) 4. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что вторая вентильная обмотка соединена в треугольник, каждая фаза которого состоит из основной и одной части регулировочной секций, причем треугольник образован соединением начал обмоток фаз регулировочной секции и концов обмоток фаз основной секции, число витков основной секции второй вентиль- . ной обмотки определено выражением!

А 2 а число витков регулировочной секции второй вентильной обмотки определено выражением

73(w>+w>) — (v>-w )(3vp +ч»)

А 2

151 1832

4ЫЮ 4Ьг. 7

Составитель Е. Мельникова

Техред М.Дидык Корректор С ° Черни

Редактор А. Огар

Заказ 5910/56

Тираж 648

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101